難磨削材料斷續內孔表面磨削工藝研究

杜 鵬

(煙臺市逸麗家居有限公司，山東 煙臺 264000)

1 難磨削材料斷續內孔表面磨削難點

以電子零部件中的定子部件為例對其進行分析，找出難磨削材料斷續內孔磨削工藝的難點。圖1為定子部件，其結構比較特殊，是某種驅動電動機諸多零部件中極為重要的一個組成部分，包括軟磁合金、不銹鋼等多種類型的難磨削材料，內孔中間部位為斷續表面，根據設計圖案要求，該零件的表面粗糙度需降低到Ra0.8 m，內孔精度需要達到12+0.02-0.04 mm。

圖1 定子部件示意圖Fig.1 Stator components

圖1所示的定子部件的材質為不銹鋼材06Cr18Ni11Ti。不銹鋼材料的導熱性差，會因為磨削部位的溫度過高而導致零件的內孔表面燒傷。它具有很強的親和力，磨削產生的磨屑會與其他材料黏著在一起，且會與磨削砂輪磨粒粘連在一起，令磨粒失效。不銹鋼具有一定的可塑性，磨削過程中會產生變形。工作環境和磨床會對磨削工作產生影響，磨床屬于干式磨床，沒有冷卻系統，工作環境差，導致砂輪使用壽命短，會生產出不合格的電子零部件[1]。

2 提升磨削工藝水平的方法

2.1 選擇合適的砂輪

選用砂輪時，應選擇類型多樣且通用性較高的材料，根據定子部件的材料特征，采用立方化硼CBN(磨粒表面有一層金屬鍍衣)砂輪，其粒度在400左右，粒度大且具有超高的硬度，可防止在磨削斷續表面時磨粒迅速掉落，保證產品精度。立方硼CBN砂輪適用于組加工、半精加工、精加工、光整加工等加工類型，與白玉剛類、鉻剛玉類等單晶剛玉類磨料相比，導熱率高，可以將磨削時產生的熱量迅速導出，防止定子部件燒傷或變形，使用壽命遠遠高于剛玉類砂輪。可以將立方硼CBN砂輪與金屬噴鍍工藝相結合，在CBN砂輪表面加上一層金屬外殼，增強其韌性和強度，減緩熱沖擊，增強結合劑之間的結合強度及磨粒的抗壓能力，使其使用性得到顯著提高[2]。

2.2 科學計算磨削參數

根據磨削工藝理論，為提高磨削表面的粗糙程度和磨削速率，應增加砂輪線速度。內控磨削鋼件的速率一般為15～30 m/s，但法向磨削力會隨著砂輪線速度的提高而減小，可以達到該部件理想的尺寸精度和粗糙程度。但在具體操作過程中，若砂輪的轉速度過高，會使磨屑附著于砂輪之上，降低砂輪的粗糙度，縮短砂輪的使用壽命。因此，應適當減小砂輪的線速度，防止由于磨削速率過快產生的大量熱量燒傷部件表面，縮短砂輪的使用壽命。根據定子部件的實際狀況，在充分考量相關熱敏性材料的基礎上，將砂輪的線速度減至24 m/s左右，通過公式進行換算，砂輪轉速應控制在45 800 r/min左右。

2.3 控制工作線速度與砂輪線速度之間的差距

工作的線速度(V工)會隨著砂輪轉動的線速度(V輪)的變化而變化，因此，增大砂輪線速度與工作線速度的差距，能夠提高斷續表面磨削工作的質量。二者之間存在一定的比例關系，根據V輪/V工計算出工作線速度與砂輪線速度之間的差距應控制在120～240。在磨削定子部件的斷續內孔時，V輪的速率控制在24 m/s，根據公式計算得出V工的速率為0.15 m/s，工件的轉速為220 r/min。

2.4 控制縱向進給(F縱)

縱向進給(F縱)影響著定子部件斷續內孔表面磨削工作的速率和質量。F縱太高會導致斷續內孔表面燙傷，增加表面粗糙度，從而影響定子部件的軟磁材料的飽和磁化程度，使定子部件因達不到使用指標。F縱太低則會影響生產加工部件的速率。為了保證定子部件的表面質量和加工效率，應把F縱控制在260～250 mm/min。

2.5 選擇合適的磨削劑

定子部件斷續內孔精度和表面粗糙程度的要求較高，在進行磨削時，把工序分成粗加工、半精加工、精加工、光整加工4個步驟，為了避免不銹鋼屑堵塞砂輪，還需要采用微量磨削，減少磨削時產生的熱量，從而避免切削力，影響整個定子部件的位置精度。微量磨削用量如表1所示。

表1 磨削用量表Tab.1 Grinding dosage

2.6 掌握不同磨削液的特點

選用合適的磨削液可以降低磨削時產生的切削力，帶走磨削時產生的熱量，降低砂輪與部件之間的摩擦，改善磨削加工的性能，從而保證部件的精度和表面質量，目前主要使用的磨削液包括油基磨削劑和水基磨削劑兩種。

油基磨削劑的比熱容較低，沸點高，冷卻效果好，高溫時的使用效果較好，容易形成潤滑膜，可有效減少砂輪與部件之間的摩擦。油基磨削劑的防銹效果好，使用時不用擔心部件生銹問題。

水基磨削劑的比熱容較高，容易氣化，低溫時使用效果較好，可以形成潤滑膜，減少砂輪與部件之間的摩擦，但需要添加極壓添加劑后才會有明顯的潤滑效果[3]。水機磨削劑會導致部件或機床生銹，因此使用時需要防止部件和機床銹蝕。水機磨削劑的黏度低，容易清洗，而油基磨削劑的黏度較高，不易清洗。

水機磨削劑具有很好的冷卻功能，能帶走磨削時產生的熱量，添加相應的潤滑和防銹劑后，其潤滑效果和防銹效果也能達到理想狀態，因此選用添加了極壓添加劑的水機合成磨削液可以有效降低磨削力，防止部件表面出現燒傷[4]。可選用表面張力小、含潤滑劑和防銹劑的水基磨削液，降低磨削區域和切削溫度，提高斷續內孔表面磨削的質量。

3 結語

實踐證明，使用高精度的磨床與CBN砂輪，結合科學的切削參數，加入潤滑劑和防銹劑的水基磨削劑，可以彌補傳統工藝的不足[5]，既能延長砂輪的使用壽命，又可提高磨削效率及難磨削材料斷續內孔表面的質量，保證零部件的加工質量和電子產品質量。